DE102016112555B4

DE102016112555B4 - Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102016112555B4
Application number: DE102016112555.5A
Authority: DE
Inventors: Nabil Salim Al-Hasan; Tobias Grüne; Sebastian Cramer; Steffen Schnurr
Original assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Current assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2036-07-09
Also published as: EP3482047B1; EP3482047A1; US20190338642A1; WO2018007052A1; US11078912B2; CN109415938B; DE102016112555A1; CN109415938A

Abstract

Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10), die als elektromotorisch angetriebene und Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, mit einem Gehäuseverbund (11), der eine Elektromotorsektion (12) und eine Pumpensektion (14) sowie eine Pumpeneinlass- und Pumpenauslassöffnung aufweist, wobeidie Elektromotorsektion (12) einen Motorrotor (17) aufweist, der radial und axial-distal von einem Motorgehäusetopf (16) umgeben ist, der proximal von einem ein Lager (25) tragenden Lagerschild (22) verschlossen ist, wobeidie Pumpensektion ein einen Pumpenraum (31) definierendes Pumpengehäuse (29) mit einem Abschlusselement (50) aufweist, wobei das Pumpengehäuse (29) zumindest von einer axial-proximalen Anlaufscheibe (24), einer axial-distalen Anlaufscheibe (40) und einem radialen Hubring (26) gebildet ist, wobei das Pumpengehäuse mindestens eine Pumpenraumeinlassöffnung und mindestens eine Pumpenraumauslassöffnung aufweist, wobeider Motorrotor (17) koaxial mit einem im Pumpenraum (31) angeordneten Pumpenrotor (30) ausgerichtet ist, dessen Rotorkörper (32) mindestens drei verschiebbar am Rotorkörper (32) gelagerte Rotorflügel (34) aufweist,wobeiausschließlich das Lagerschild und die axial-proximale Anlaufscheibe (24) als einstückiges Flanschelement (20) ausgeführt sind, wobei in dem Lagerschild (22) die Pumpeneinlassöffnung und/oder die Pumpenauslassöffnung und/oder in der axial-proximalen Anlaufscheibe (24) die korrespondierende Pumpenraumeinlassöffnung (42) und/oder Pumpenraumauslassöffnung vorgesehen sind,dadurch gekennzeichnet, dassdie Flügelzellenpumpe als trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, bei der eine Kommutatoranordnung (33) der Elektromotorsektion (12) zumindest teilweise in dem Flanschelement (20) gelagert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe, die als elektromotorisch angetriebene und trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, mit einem Gehäuseverbund, der eine Elektromotorsektion und eine Pumpensektion sowie eine Pumpeneinlass- und Pumpenauslassöffnung aufweist, wobei die Elektromotorsektion einen Motorrotor aufweist, der radial und axial-distal von einem Motorgehäusetopf umgeben ist, der proximal von einem ein Lager tragenden Lagerschild verschlossen ist, wobei die Pumpensektion ein einen Pumpenraum definierendes Pumpengehäuse mit einem Abschlusselement aufweist, wobei das Pumpengehäuse zumindest von einer axial-proximalen Anlaufscheibe, einer axial-distalen Anlaufscheibe und einem radialen Hubring gebildet ist, wobei das Pumpengehäuse mindestens eine Pumpenraumeinlassöffnung und mindestens eine Pumpenraumauslassöffnung aufweist, wobei der Motorrotor koaxial mit einem im Pumpenraum angeordneten Pumpenrotor ausgerichtet ist, dessen Rotorkörper mindestens drei verschiebbar am Rotorkörper gelagerte Rotorflügel aufweist, wobei ausschließlich das Lagerschild und die axial-proximale Anlaufscheibe als einstückiges Flanschelement ausgeführt sind, wobei in dem Lagerschild die Pumpeneinlassöffnung und/oder die Pumpenauslassöffnung und/oder in der axial-proximalen Anlaufscheibe die korrespondierende Pumpenraumeinlassöffnung und/oder Pumpenraumauslassöffnung vorgesehen sind.
Derartige Hilfsaggregat-Vakuumpumpen dienen in Kraftfahrzeugen zur Versorgung anderer Aggregate, beispielsweise eines Bremskraftverstärkers, mit einem Unterdruck von beispielsweise absolut 100 Millibar und niedriger und/oder mit einem Überdruck. Um bei der Bereitstellung des Über- bzw. Unterdrucks unabhängig von der Drehzahl des Kfz-Antriebsmotors, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, zu sein, werden elektromotorisch angetriebene Vakuumpumpen eingesetzt, die in der Regel als Flügelzellenpumpen mit mindestens drei Rotorflügeln ausgebildet sind. Aus DE 199 36 644 A1 ist der typische Aufbau einer elektrischen Kfz- Hilfsaggregat-Vakuumpumpe bekannt. Der Motorrotor steckt in einem Gehäusetopf, der proximal von einem Lagerschild verschlossen wird, der ein Radiallager zur Lagerung der Rotorwelle aufweist. Auf der motorabgewandten Seite schließt sich an das Lagerschild eine separate erste Anlaufscheibe des Pumpengehäuses an, die zusammen mit einer zweiten Anlaufscheibe und einem zirkulären Hubring ein Pumpengehäuse bildet, das einen Pumpraum definiert bzw. umschließt. In dem Pumpraum ist der Pumpenrotor angeordnet, dessen Rotorkörper mehrere verschiebbar darin gelagerte Rotorflügel aufweist. Der Zusammenbau der Vakuumpumpe ist aufwändig, da sie aus vielen Teilen besteht und der Gehäusetopf, das Lagerschild und der Hubring axial genau miteinander ausgerichtet werden müssen.
Zur Einsparung einer Schmierstoff-Versorgung und zur Vermeidung einer Kontamination der die Vakuumpumpe verlassenden Luft werden trockenlaufende Flügelzellenpumpen eingesetzt. Durch den Wegfall der Schmierung der trockenlaufenden Vakuumpumpe sind an die Werkstoffpaarung Rotorflügel/Hubring der Vakuumpumpe hohe Anforderungen gestellt, wobei insbesondere ein zu großer Verschleiß des Hubrings, auf dem der Kopf des Rotorflügels gleitet, vermieden werden muss.
Um dieses Problem zu lösen, ist es aus der EP 2 626 510 A1 bekannt, den Lagerschild, die axial-proximale Anlaufscheibe und den Hubring als Integralkörper auszubilden, wobei dieser Integralkörper aus Aluminium hergestellt ist und gehärtet, bevorzugt eloxiert, sein kann. Eine derartig ausgeführte Vakuumpumpe ist jedoch teuer in der Herstellung. Zudem besteht ein ständiges Bestreben, den Bauraum weiter zu minimieren und die Montage einfacher zu gestalten.
Darüber hinaus sind aus der US 2016/0333877 A1 eine ölgeschmierte Kfz-Vakuumpumpe und aus der DE 10 2015 223 401 A1 ein ölgeschmierter Verdichter bekannt, bei denen jeweils das Lagerschild und die axial-proximale Anlaufscheibe als einstückiges Flanschelement ausgeführt sind und in dem Lagerschild eine Pumpeneinlassöffnung ausgebildet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellungskosten einer Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe zu verringern, die Montage einer derartigen Pumpe zu vereinfachen und den Bauraum weiter zu minimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flügelzellenpumpe als trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, bei der eine Kommutatoranordnung der Elektromotorsektion zumindest teilweise in dem Flanschelement gelagert ist.
Gemäß der Erfindung ist ausschließlich das Lagerschild und die axial-proximale Anlaufscheibe als einstückiges Flanschelement ausgeführt. Ein derartiges Flanschelement ist sehr viel einfacher und damit günstiger herzustellen. Das Flanschelement mit Lagerschild-Funktion schließt den Motor-Gehäusetopf an seinem axial-proximalen Ende ab und bildet oder hält ein Radiallager für die Rotorwelle. Das Radiallager kann ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Das Lagerschild und die angrenzende Anlaufscheibe sind von einem einzigen Scheibenkörper gebildet, wobei dessen eine Seite das Lagerschild bildet und dessen andere Seite die angrenzende Anlaufscheibe bildet. Durch die Anordnung der Pumpeneinlassöffnung und/oder die Pumpenauslassöffnung im Flanschelement ist die Vakuumpumpe wesentlich flexibler auszulegen und kann die Luftführung wesentlich vereinfacht werden. Dadurch, dass eine Kommutatoranordnung der Elektromotorsektion in dem Flanschelement gelagert ist, wird die Koaxialität der Motorsektion und der Pumpensektion zwangsläufig hergestellt. Die Montage wird hierdurch wesentlich vereinfacht und die Baulänge verringert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das einstückige Flanschelement aus Aluminium. Aluminium-Bauteile sind bei hoher Stabilität sehr leicht und durch die Härtung auch ausreichend gegen Verschleiß durch den weicheren Rotorflügel-Kopf geschützt. Besonders bevorzugt ist zumindest die Anlaufscheibe des einstückigen Flanschelementes vollflächig gehärtet, bevorzugt eloxiert. Eine derartige harte Eloxal-Schicht ist ausreichend hart, so dass eine hohe Verschleißfestigkeit der Anlaufscheibe gewährleistet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Flanschelement mindestens ein radiales Montageorgan mit einer Stecköffnung zum Einschrauben einer Montageschraube auf. Damit weist das Flanschelement eine weitere Zusatzfunktion auf, die wegen der Integration in ein einziges Bauteil nur geringe zusätzliche Kosten verursacht.
Bevorzugt weist das Flanschelement ein Stutzenelement mit der Pumpeneinlass- oder Pumpenauslassöffnung auf, um auf einfache Weise mit einer druckgesteuerten Komponente verbunden zu werden.
Die Pumpenauslassöffnung kann vorzugsweise im Abschlusselement vorgesehen ist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe im teilweise demontierten Zustand, und
2 einen Längsschnitt der Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe der 1.

In den Figuren ist eine Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe 10 dargestellt, die als elektromotorisch angetriebene und trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist. Die Vakuumpumpe 10 dient in einem Kraftfahrzeug, das beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, als Hilfsaggregat zur Bereitstellung eines Unterdrucks von absolut 100 Millibar oder weniger. Die Vakuumpumpe 10 wird bei einer konstanten Nenn-Drehzahl von ungefähr 3000 U/min betrieben, kann jedoch grundsätzlich auch bei einer variablen Drehzahl betrieben werden. Die Vakuumpumpe 10 weist einen Gehäuseverbund 11 auf und ist funktionell und in Längsrichtung in eine Elektromotorsektion 12 und in eine Pumpensektion 14 gegliedert.
In der Elektromotorsektion 12 ist eine drehbar gelagerte Rotorwelle 18 vorgesehen, an der drehfest ein Motorrotor 17 befestigt ist, der beispielsweise permanent magnetisch erregt ausgebildet sein kann. Ferner ist in der Elektromotorsektion 12 ein feststehender Motorstator 19 mit mehreren Statorspulen vorgesehen. Ein Motorgehäuse wird im Wesentlichen von einem Motorgehäusetopf 16 gebildet, der an seinem axial-distalen Ende eine Lager-Ausnehmung 15 für ein als Radial-Lager 13 ausgebildetes Lager aufweist, das beispielsweise als Wälzlager ausgebildet sein kann. Die Elektromotorsektion 12 wird proximal abgeschlossen durch ein Lagerschild 22, das ein als Radial-Axial-Lager ausgebildetes Lager 25 zur Lagerung der Rotorwelle 18 trägt. Das Radiallager 25 ist als Wälzlager ausgebildet, kann jedoch grundsätzlich auch als Gleitlager ausgebildet sein. Das Lagerschild 22 wird von einem in einer Querebene liegenden Scheibenkörper 27 gebildet, der Teil eines einstückigen Flanschelementes 20 ist. An einem ringförmigen Flanschteil 28 des Flanschelementes 20 ist der Gehäusetopf 16 befestigt. An der Innenseite dieses ringförmigen Flanschteiles 28 sind eine Kommutatoranordnung 33 sowie nicht weiter dargestellte elektrische Bauteile der Elektromotorsektion 12 befestigt. Hierdurch wird in Kombination mit dem integrierten Lagerschild 22 auf besonders einfache Weise eine Koaxialität der Pumpensektion 14 mit der Elektromotorsektion 12 gewährleistet.
Die Pumpensektion 14 wird gebildet von der Rotorwelle 18, an der ein fliegend gelagerter Pumpenrotor 30 drehfest befestigt ist, dem Pumpengehäuse 29, das einen Pumpenraum 31 definiert, und einer Abschlussscheibe 40. Der Pumpenrotor 30 weist einen Rotorkörper 32 mit fünf verschiebbar an dem Rotorkörper 32 gelagerten Rotorflügeln 34 auf, deren Rotorflügel-Köpfe aus Graphit bestehen und die mehrere Pumpzellen voneinander trennen. Der Rotorkörper 32 ist drehfest und in gewissem Maße axial verschiebbar auf der Rotorwelle 18 befestigt, so dass der Pumpenrotor 30 stets eine möglichst reibungsfreie axiale Position zwischen den beiden Anlaufscheiben 24, 40 einnehmen kann. Das Pumpengehäuse 29 wird hierbei von der axial-proximalen Anlaufscheibe 24, der in Bezug auf den Pumpenrotor 30 der axial-proximalen Anlaufscheibe 24 axial gegenüberliegenden axial-distalen Anlaufscheibe 40 und einem Hubring 26 gebildet und durch einen Abschlussdeckel 50, der auf das Flanschelement 20 aufgeklemmt ist, abgedeckt.
In der axial-proximalen Anlaufscheibe 24 ist eine Pumpenraum-Einlassöffnung 42 vorgesehen. In der axial-distalen Anlaufscheibe 40 ist eine mit einem entsprechenden Rückschlagventil 44 versehener Pumpenraum-Auslassöffnung 46 vorgesehen, die von einem Deckelement 54 derart überdeckt wird, dass ein Schallschutzraum hergestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Pumpenraum-Auslassöffnung 46 vorgesehen, es können jedoch auch mehrere Pumpenraum-Auslassöffnungen vorgesehen sein. Das an die axial-proximale Anlaufscheibe 24 unmittelbar angrenzende Flanschelement 20 weist einen Pumpeneinlass-Stutzen 52, der zu einer nicht dargestellten Pumpeneinlassöffnung führt, die mit der Pumpenraum-Einlassöffnung 42 fluidisch verbunden ist. Über einen nicht weiter dargestellten Pumpenauslassstutzen, der fluidisch mit der Pumpenraum-Auslassöffnung verbunden ist, wird die komprimierte Luft abgeführt.
Das einstückige Flanschelement 20 weist den Scheibenkörper 27 mit dem Lagerschild 22 und der axial-proximalen Anlaufscheibe 24 auf. Das Flanschelement 20 ist ein einstückiges Aluminium-Druckgussteil, das vollflächig mit einer Beschichtung versehen ist, die durch Eloxieren des Flanschelementes 20 hergestellt wurde.
An dem Scheibenkörper 27 sind drei radiale Montageorgane 23 mit jeweils einer Öffnung zum Einschrauben einer Montageschraube 56 vorgesehen. An der Montageschraube 56 ist jeweils ein Dämpfungsorgan 58 vorgesehen. Durch das Dämpfungsorgan 58 ist der Gehäusetopf 16 mit dem Flanschelement 20 verklemmt. Mit Hilfe der Montageschrauben 56 und der Montagenasen 23 kann die Vakuumpumpe 10 auf einfache Weise in bzw. an dem betreffenden Kraftfahrzeug montiert werden.
Vorzugsweise sind der Pumpenkammer-Einlass und/oder -Auslass ebenfalls in das Flanschelement 20 integriert.

Claims

Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10), die als elektromotorisch angetriebene und Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, mit einem Gehäuseverbund (11), der eine Elektromotorsektion (12) und eine Pumpensektion (14) sowie eine Pumpeneinlass- und Pumpenauslassöffnung aufweist, wobei die Elektromotorsektion (12) einen Motorrotor (17) aufweist, der radial und axial-distal von einem Motorgehäusetopf (16) umgeben ist, der proximal von einem ein Lager (25) tragenden Lagerschild (22) verschlossen ist, wobei die Pumpensektion ein einen Pumpenraum (31) definierendes Pumpengehäuse (29) mit einem Abschlusselement (50) aufweist, wobei das Pumpengehäuse (29) zumindest von einer axial-proximalen Anlaufscheibe (24), einer axial-distalen Anlaufscheibe (40) und einem radialen Hubring (26) gebildet ist, wobei das Pumpengehäuse mindestens eine Pumpenraumeinlassöffnung und mindestens eine Pumpenraumauslassöffnung aufweist, wobei der Motorrotor (17) koaxial mit einem im Pumpenraum (31) angeordneten Pumpenrotor (30) ausgerichtet ist, dessen Rotorkörper (32) mindestens drei verschiebbar am Rotorkörper (32) gelagerte Rotorflügel (34) aufweist, wobei ausschließlich das Lagerschild und die axial-proximale Anlaufscheibe (24) als einstückiges Flanschelement (20) ausgeführt sind, wobei in dem Lagerschild (22) die Pumpeneinlassöffnung und/oder die Pumpenauslassöffnung und/oder in der axial-proximalen Anlaufscheibe (24) die korrespondierende Pumpenraumeinlassöffnung (42) und/oder Pumpenraumauslassöffnung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenpumpe als trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, bei der eine Kommutatoranordnung (33) der Elektromotorsektion (12) zumindest teilweise in dem Flanschelement (20) gelagert ist.
Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückige Flanschelement aus Aluminium besteht.
Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Anlaufscheibe (24) des einstückigen Flanschelementes (20) vollflächig gehärtet, bevorzugt eloxiert ist.
Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschelement (20) mindestens ein radiales Montageorgan (23) mit einer Stecköffnung zum Einschrauben einer Montageschraube (56) aufweist.
Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschelement (20) ein Stutzenelement mit der Pumpeneinlass- oder Pumpenauslassöffnung aufweist.
Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenauslassöffnung im Abschlusselement (50) vorgesehen ist.